賀麗江，陳雷宇，李文略，鐘新月，劉立軍，彭定祥

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，武漢430070)

苧麻是我國(guó)重要的綠色纖維作物之一，全生育期需水量為800mm以上[1]。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷調(diào)整，面積逐年減少的可耕地更大比例地種植水稻、玉米等糧食作物，以確保國(guó)家的糧食安全。未來(lái)苧麻種植范圍將趨向轉(zhuǎn)移至干旱或半干旱丘陵山區(qū)地帶[2]，穩(wěn)產(chǎn)栽培面臨更嚴(yán)重的干旱脅迫危機(jī)。通過(guò)抗旱栽培措施提高苧麻抗旱適應(yīng)能力是解決該問(wèn)題的有效途徑之一。

現(xiàn)已有大量苧麻抗旱性方面的研究，劉飛虎 (1999;2001)研究了不同苧麻品種葉片的形態(tài)與抗旱性的關(guān)系[3－4];揭雨成 (2000)和黃承建 (2012;2013)進(jìn)行了干旱脅迫下苧麻光合作用、生理生化特性以及產(chǎn)量等的研究[5－7]。然而甜菜堿對(duì)苧麻抗旱性的研究鮮有報(bào)道，甜菜堿是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)水分子具有很強(qiáng)的吸附能力[8－9]，對(duì)生物大分子具有保護(hù)功能[10－11]，同時(shí)參與調(diào)節(jié)無(wú)機(jī)離子的吸收和胞內(nèi)分布[12－13]。干旱脅迫下噴施甜菜堿在煙草、玉米等作物應(yīng)用較多[14－15]，在苧麻中應(yīng)用甚少，本試驗(yàn)擬于苧麻旺長(zhǎng)期人工干旱研究干旱脅迫下噴施甜菜堿對(duì)苧麻生理特性及產(chǎn)量的影響，以期為苧麻的抗旱栽培提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為一年齡“華苧5號(hào)”。2013年3－6月種植于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)大棚。試驗(yàn)采用盆栽，盆高50cm，直徑35 cm，種植用基質(zhì)為農(nóng)田土、河沙、營(yíng)養(yǎng)土按10:5:1混合的土壤，每盆皆裝等體積該基質(zhì)至距盆頂5cm。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，即對(duì)照 (CK)、噴施甜菜堿一次(A1)、噴施甜菜堿兩次 (A2)。每個(gè)處理各種植10盆，每盆種植一蔸，并進(jìn)行正常肥水管理，至旺長(zhǎng)期后 (4月中旬)進(jìn)行以下處理:

(1)對(duì)照 (CK):干旱處理前正常給水，干旱處理第1 d停止正常給水，人工補(bǔ)水使其土壤相對(duì)含水量保持在65% ～70%，處理40 d。

(2)A1處理 (噴施甜菜堿一次):干旱處理前1 d噴施0.5 g/L甜菜堿1次，并在干旱處理第1d停止正常供水，人工補(bǔ)水使其土壤相對(duì)含水量保持在65%～70%，處理40 d。

(3)A2處理 (噴施甜菜堿兩次):干旱處理前2 d和前1 d噴施0.5 g/L甜菜堿各1次，并在干旱處理第1d停止正常供水，人工補(bǔ)水使其土壤相對(duì)含水量保持在65%～70%，處理40 d。

采用TDR300型土壤水分計(jì)測(cè)量土壤水分含量 (美國(guó)Spectrum公司)。

1.2 生理指標(biāo)測(cè)定

分別在干旱處理后10 d、20 d、30 d、40 d隨機(jī)選取3株苧麻倒6－8葉 (功能葉)各一片，去除葉脈后，稱(chēng)取0.1g鮮樣3份，剪碎、混勻，分別用于可溶性糖 (蒽酮比色法)、過(guò)氧化物酶 (愈創(chuàng)木酚法)和丙二醛 (硫代巴比妥酸法)含量測(cè)定，三次重復(fù)。

干旱脅迫開(kāi)始 (0d)和結(jié)束 (40d)時(shí)，隨機(jī)選取倒6－8葉中的一片，葉左右兩側(cè)剪取1 cm×3 cm的方形葉片，DDS－12A型數(shù)顯電導(dǎo)率儀 (上?？德穬x器設(shè)備有限公司)測(cè)相對(duì)電導(dǎo)率，重復(fù)3次。

葉片相對(duì)電導(dǎo)率及其在脅迫前后的變化率按以下公式計(jì)算:

葉片相對(duì)電導(dǎo)率(%)=(Ci/Cmax)×100

葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化率 (%)=[(RC2－RC1)/RC1]×100

式中:Ci、Cmax分別為初始電導(dǎo)值、終止電導(dǎo)值;RC1、RC2分別為脅迫開(kāi)始時(shí)、脅迫結(jié)束時(shí)測(cè)量的葉片相對(duì)電導(dǎo)率 (%)。

1.3 產(chǎn)量性狀測(cè)定

收獲后測(cè)量鮮莖重和鮮皮重，從每個(gè)處理中選取6蔸沒(méi)有進(jìn)行破壞性取樣的植株測(cè)產(chǎn)，3個(gè)重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用EXCEL 2010和SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻生理生化指標(biāo)的影響

2.1.1 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化率的影響

干旱脅迫40 d后，與脅迫前相比，CK、A1、A2處理的葉片相對(duì)電導(dǎo)率急劇上升，上升幅度分別達(dá)到107%±6%、83%±10%、79%±3%，如圖1所示，噴施甜菜堿溶液的處理能明顯降低其上升幅度，A1、A2分別比對(duì)照低24%和28%，與對(duì)照差異達(dá)顯著水平。

圖1 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化率的影響Fig.1 Effect of spaying GB solution on the change rate of the relative conductivity of ramie leaf

2.1.2 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片可溶性糖含量的影響

由圖2可知，干旱脅迫下苧麻葉片可溶性糖含量上升，CK的上升速度隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸加快，尤其在30 d－40 d之間迅速積累。A1和A2在脅迫期間的上升幅度較之對(duì)照大，A1和A2在脅迫20 d后其積累速度迅速直線加速積累，但A2進(jìn)入30 d后可溶性糖的積累速度有所下降，而A1仍然保持直線速度積累可溶性糖。同時(shí)，整個(gè)處理期間，A1和A2的可溶性糖都高于對(duì)照，并在第10 d A2處理顯著高于CK;第20 d和30 d，A1和A2都顯著高于CK，且A2顯著高于A1處理。第30 d時(shí)，A1和A2處理分別比CK高9%和18%。第40 d時(shí)，CK、A1、A2之間則差異不顯著。復(fù)水后，三組處理的葉片可溶性糖都有所下降，但對(duì)照的下降速度明顯快于A1和A2處理，且A1和A2可溶性糖含量仍顯著高于對(duì)照。

圖2 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片可溶性糖含量 (%)的影響Fig.2 Effect of spraying GB solution on the soluble sugar content(%)in ramie leaf

2.1.3 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片POD活性的影響

如圖3所示，干旱脅迫下苧麻葉片POD活性上升，A1和A2在脅迫期間的上升幅度較之CK大，且A1和A2在20 d和30 d上升速率加快，A2并在30 d－40 d時(shí)基本停止上升，而A1和CK仍在上升。同時(shí)，整個(gè)脅迫期間，A1和A2的POD活性一直高于對(duì)照，并在脅迫30 d時(shí)，A2處理的葉片POD活性顯著高于CK。復(fù)水后，葉片POD活性下降，且A2處理的葉片POD活性下降幅度最大，速率最快，但噴施甜菜堿溶液的苧麻葉片POD活性與對(duì)照之間無(wú)顯著性差異。

圖3 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片POD活性 [U/(g·min)]的影響Fig.3 Effect of spraying GB solution on the POD activity[U/(g·min)]in ramie leaf

2.1.4 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片MDA含量的影響

如圖4所示，干旱脅迫下苧麻葉片MDA含量均上升，上升速率隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而加快，尤其是在30 d－40 d期間積累迅速。A1和A2在脅迫期間的上升幅度較CK小，且A2的上升幅度低于A1處理，處理40 d時(shí)，CK、A1、A2處理葉片MDA含量分別比第0 d上升了395%、300%、301%。整個(gè)脅迫期間A1和A2處理的MDA積累量始終低于對(duì)照。干旱脅迫20 d后，CK、A1和A2處理兩兩之間達(dá)到顯著水平。復(fù)水后，A2處理的葉片MDA含量顯著低于CK和A1處理。

圖4 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻葉片丙二醛含量 (μg/g)的影響Fig.4 Effect of spraying GB solution on the MDA content(μg/g)in ramie leaf

2.2 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻鮮莖重和鮮皮重的影響

如圖5所示，CK、A1、A2處理的苧麻鮮莖重分別為81±3 g、102±4 g、105±4 g，噴施兩次甜菜堿溶液可顯著提高苧麻鮮莖重，A1、A2分別比對(duì)照高26%、30%。如圖5所示，CK、A1、A2處理的苧麻鮮皮重分別為30±2 g、37±2 g、40±2 g，兩兩之間均具有顯著性差異，A1、A2分別比對(duì)照高23%、33%。

圖5 噴施甜菜堿溶液對(duì)苧麻鮮莖重和鮮皮重的影響Fig.5 Effect of spaying GB solution on the fresh stem weight and the fresh bast weight of ramie

3 討論

3.1 甜菜堿與細(xì)胞膜穩(wěn)定性

細(xì)胞膜是細(xì)胞感受外界環(huán)境脅迫最敏感的部位，選擇透性是其最重要的功能之一，植物在水分脅迫下受損傷的根源是細(xì)胞質(zhì)膜透性的改變與膜的損傷。干旱脅迫下苧麻葉片細(xì)胞膜透性增強(qiáng)，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞[16]。本研究中，苧麻噴施1次 (A1)和2次甜菜堿溶液 (A2)與對(duì)照相比，葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化率分別比對(duì)照低24%和28%。由此可見(jiàn)，甜菜堿在一定程度上能夠保持苧麻在干旱脅迫下的細(xì)胞膜穩(wěn)定性，降低細(xì)胞的損傷程度。噴施甜菜堿有利于POD活性的提高，尤其是在脅迫中期，但由A2處理在30 d后POD活性變化基本停止，而對(duì)照和A1仍然以低速上升，說(shuō)明在脅迫期間噴施兩次即可。此外，甜菜堿可減少干旱脅迫下葉片MDA產(chǎn)生量和積累量，從而有利于保持細(xì)胞穩(wěn)定性。復(fù)水后，A1和A2的POD和MDA含量迅速下降，可知甜菜堿同時(shí)有利于細(xì)胞恢復(fù)到正常狀況。雁高等 (2011)的研究也得到類(lèi)似結(jié)果，甜菜堿能提高棉花幼苗在水分脅迫下的POD和SOD活性，并且在輕度水分脅迫下提高幅度最大，但是噴施甜菜堿對(duì)CAT活性沒(méi)有顯著影響。同時(shí)，甜菜堿也抑制了棉花幼苗中MDA的積累，減少對(duì)細(xì)胞膜的損傷[17]。

3.2 甜菜堿與可溶性糖含量

甜菜堿在植物體內(nèi)起滲透調(diào)節(jié)作用，除此之外還能促進(jìn)脯氨酸、可溶性糖等其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累[18]。作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性糖主要包括葡萄糖、鹿糖、海藻糖、半乳糖、果糖等，植物組織的滲透勢(shì)在水分脅迫條件下顯著增加，植物就會(huì)主動(dòng)積累可溶性糖使其體內(nèi)滲透勢(shì)降低，以利于其在水分虧缺下維持植物體正常的滲透勢(shì)[19]。本研究發(fā)現(xiàn)苧麻在干旱脅迫時(shí)(CK)其可溶性糖在脅迫30 d后迅速積累，而噴施甜菜堿則可使之迅速積累趨勢(shì)提前10 d，且噴施2次的效果優(yōu)于噴施1次。表明甜菜堿能促進(jìn)苧麻在干旱脅迫下可溶性糖的積累，從而提高細(xì)胞滲透勢(shì)，防止細(xì)胞失水。

3.3 甜菜堿與產(chǎn)量

本研究發(fā)現(xiàn)噴施甜菜堿溶液可顯著提高苧麻鮮莖重和鮮皮重，噴施1次處理和噴施2次處理后鮮莖重分別比對(duì)照增加26%和30%，鮮皮重分別比對(duì)照高23%和33%，且噴施2次后鮮皮重顯著高于噴施1次。由此可見(jiàn)，干旱脅迫下噴施甜菜堿能同時(shí)提高苧麻鮮莖重和鮮皮重，從而達(dá)到增產(chǎn)的效果，且噴施2次效果優(yōu)于噴施1次。

該研究可為苧麻抗旱栽培提供一定的理論指導(dǎo)意義。

[1]李宗道.苧麻生理生化與遺傳育種[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社，1989:9.

[2]熊和平．我國(guó)麻類(lèi)生產(chǎn)的現(xiàn)狀與政策建議 [J]．中國(guó)麻業(yè)科學(xué)，2010，32(6):301－304．

[3]劉飛虎，張壽文，梁雪妮，等．干旱脅迫下不同苧麻品種的形態(tài)解剖特征研究[J]．中國(guó)麻作，1999，(04):2－7．

[4]劉飛虎，梁雪妮，張壽文．運(yùn)用生理生化、形態(tài)解剖指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)苧麻抗旱性 [J]．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，(03):16－19．

[5]揭雨成，黃丕生，李宗道．干旱脅迫下苧麻的生理生化變化與抗旱性的關(guān)系[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，33(6):33－39．

[6]黃承建，趙思毅，王龍昌，等．干旱脅迫對(duì)苧麻葉綠素含量的影響[J]．中國(guó)麻業(yè)科學(xué)，2012(05):208－212．

[7]黃承建，趙思毅，王龍昌，等．干旱脅迫對(duì)雜交苧麻脯氨酸積累、膜脂過(guò)氧化及抗氧化酶活性的影響 [J]．中國(guó)麻業(yè)科學(xué)，2013，(02):57－62．

[8]Jones RW，Storey R，Leigh RA，et al.hypothesis on cytoplasmic osmoregulation[C].1977.

[9]侯彩霞，徐春和，湯章城，等．甜菜堿對(duì) PSⅡ放氧中心結(jié)構(gòu)的選擇性保護(hù)[J]．科學(xué)通報(bào)，1997，42(17):1857－1860．

[10]李新梅，孫丙耀，談建中．甜菜堿與植物抗逆性關(guān)系的研究進(jìn)展[J]．農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2006，27(3):66－70．

[11]劉鳳華，郭巖．轉(zhuǎn)甜菜堿醛脫氫酶基因植物的耐鹽性研究[J]．遺傳學(xué)報(bào):英文版，1997，24(1):54－58．

[12]Ahmad N，Jones RGW，Jeschke WD.Effect of exogenous glycinebetaine on Na+transport in barley roots[J].Journal of experimental botany，1987，38(6):913－922.

[13]Ashraf M，F(xiàn)oolad MR.Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance[J].Environmental and Experimental Botany，2007，59(2):206－216.

[14]馬新蕾，王玉軍，謝勝利，等．根施甜菜堿對(duì)水分脅迫下煙草幼苗光合機(jī)構(gòu)的保護(hù)[J]．植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，2006，32(4):465－472．

[15]張立新，李生秀．氮，鉀，甜菜堿對(duì)減緩夏玉米水分脅迫的效果[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38(7):1401－1407．

[16]揭雨成，黃丕生，李宗道．干旱脅迫下苧麻的生理生化變化與抗旱性的關(guān)系[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，33(6):33－39．

[17]雁高，春李，愷婁．甜菜堿對(duì)干旱脅迫下棉花幼苗生理特性的影響 [J]．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17(2):513－516．

[18]Kidd MT，F(xiàn)erket PR，Garlich JD.Nutritional and osmoregulatory functions of betaine[J].World＇s Poultry Science Journal，1997，53(02):125－139.

[19]Agboma P C，Jones M.GK，Peltonen Sainio P，et al.Exogenous glycinebetaine enhances grain yield of maize，sorghum and wheat grown under two supplementary watering regimes[J].Agron.CorpSci，1997，178(1):29－37.